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不知道怎么封装代码?看看这几种设计模式吧!

扩展性设计模式的新文章框架源码中用来提高扩展性的设计模式已经发布,欢迎阅读~

为什么要封装代码?

我们经常听说:“写代码要有良好的封装,要高内聚,低耦合”。那怎样才算良好的封装,我们为什么要封装呢?其实封装有这样几个好处:

  1. 封装好的代码,内部变量不会污染外部。
  2. 可以作为一个模块给外部调用。外部调用者不需要知道实现的细节,只需要按照约定的规范使用就行了。
  3. 对扩展开放,对修改关闭,即开闭原则。外部不能修改模块,既保证了模块内部的正确性,又可以留出扩展接口,使用灵活。

怎么封装代码?

JS生态已经有很多模块了,有些模块封装得非常好,我们使用起来很方便,比如jQuery,Vue等。如果我们仔细去看这些模块的源码,我们会发现他们的封装都是有规律可循的。这些规律总结起来就是设计模式,用于代码封装的设计模式主要有工厂模式创建者模式单例模式原型模式四种。下面我们结合一些框架源码来看看这四种设计模式:

工厂模式

工厂模式的名字就很直白,封装的模块就像一个工厂一样批量的产出需要的对象。常见工厂模式的一个特征就是调用的时候不需要使用new,而且传入的参数比较简单。但是调用次数可能比较频繁,经常需要产出不同的对象,频繁调用时不用new也方便很多。一个工厂模式的代码结构如下所示:

function factory(type) {
  switch(type) {
    case 'type1':
      return new Type1();
    case 'type2':
      return new Type2();
    case 'type3':
      return new Type3();
  }
}
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上述代码中,我们传入了type,然后工厂根据不同的type来创建不同的对象。

实例: 弹窗组件

下面来看看用工厂模式的例子,假如我们有如下需求:

我们项目需要一个弹窗,弹窗有几种:消息型弹窗,确认型弹窗,取消型弹窗,他们的颜色和内容可能是不一样的。

针对这几种弹窗,我们先来分别建一个类:

function infoPopup(content, color) {}
function confirmPopup(content, color) {}
function cancelPopup(content, color) {}
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如果我们直接使用这几个类,就是这样的:

let infoPopup1 = new infoPopup(content, color);
let infoPopup2 = new infoPopup(content, color);
let confirmPopup1 = new confirmPopup(content, color);
...
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每次用的时候都要去new对应的弹窗类,我们用工厂模式改造下,就是这样:

// 新加一个方法popup把这几个类都包装起来
function popup(type, content, color) {
  switch(type) {
    case 'infoPopup':
      return new infoPopup(content, color);
    case 'confirmPopup':
      return new confirmPopup(content, color);
    case 'cancelPopup':
      return new cancelPopup(content, color);
  }
}
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然后我们使用popup就不用new了,直接调用函数就行:

let infoPopup1 = popup('infoPopup', content, color); 
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改造成面向对象

上述代码虽然实现了工厂模式,但是switch始终感觉不是很优雅。我们使用面向对象改造下popup,将它改为一个类,将不同类型的弹窗挂载在这个类上成为工厂方法:

function popup(type, content, color) {
  // 如果是通过new调用的,返回对应类型的弹窗
  if(this instanceof popup) {
    return new this[type](content, color);
  } else {
    // 如果不是new调用的,使用new调用,会走到上面那行代码
    return new popup(type, content, color);
  }
}

// 各种类型的弹窗全部挂载在原型上成为实例方法
popup.prototype.infoPopup = function(content, color) {}
popup.prototype.confirmPopup = function(content, color) {}
popup.prototype.cancelPopup = function(content, color) {}
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封装成模块

这个popup不仅仅让我们调用的时候少了一个new,他其实还把相关的各种弹窗都封装在了里面,这个popup可以直接作为模块export出去给别人调用,也可以挂载在window上作为一个模块给别人调用。因为popup封装了弹窗的各种细节,即使以后popup内部改了,或者新增了弹窗类型,或者弹窗类的名字变了,只要保证对外的接口参数不变,对外面都没有影响。挂载在window上作为模块可以使用自执行函数:

(function(){
 	function popup(type, content, color) {
    if(this instanceof popup) {
      return new this[type](content, color);
    } else {
      return new popup(type, content, color);
    }
  }

  popup.prototype.infoPopup = function(content, color) {}
  popup.prototype.confirmPopup = function(content, color) {}
  popup.prototype.cancelPopup = function(content, color) {}
  
  window.popup = popup;
})()

// 外面就直接可以使用popup模块了
let infoPopup1 = popup('infoPopup', content, color); 
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jQuery的工厂模式

jQuery也是一个典型的工厂模式,你给他一个参数,他就给你返回符合参数DOM对象。那jQuery这种不用new的工厂模式是怎么实现的呢?其实就是jQuery内部帮你调用了new而已,jQuery的调用流程简化了就是这样:

(function(){
  var jQuery = function(selector) {
    return new jQuery.fn.init(selector);   // new一下init, init才是真正的构造函数
  }

  jQuery.fn = jQuery.prototype;     // jQuery.fn就是jQuery.prototype的简写

  jQuery.fn.init = function(selector) {
    // 这里面实现真正的构造函数
  }

  // 让init和jQuery的原型指向同一个对象,便于挂载实例方法
  jQuery.fn.init.prototype = jQuery.fn;  

  // 最后将jQuery挂载到window上
  window.$ = window.jQuery = jQuery;
})();
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上述代码结构来自于jQuery源码,从中可以看出,你调用时省略的new在jQuery里面帮你调用了,目的是为了使大量调用更方便。但是这种结构需要借助一个init方法,最后还要将jQueryinit的原型绑在一起,其实还有一种更加简便的方法可以实现这个需求:

var jQuery = function(selector) {
  if(!(this instanceof jQuery)) {
    return new jQuery(selector);
  }
  
  // 下面进行真正构造函数的执行
}
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上述代码就简洁多了,也可以实现不用new直接调用,这里利用的特性是this在函数被new调用时,指向的是new出来的对象,new出来的对象自然是类的instance,这里的this instanceof jQuery就是true。如果是普通调用,他就是false,我们就帮他new一下。

建造者模式

建造者模式是用于比较复杂的大对象的构建,比如VueVue内部包含一个功能强大,逻辑复杂的对象,在构建的时候也需要传很多参数进去。像这种需要创建的情况不多,创建的对象本身又很复杂的时候就适用建造者模式。建造者模式的一般结构如下:

function Model1() {}   // 模块1
function Model2() {}   // 模块2

// 最终使用的类
function Final() {
  this.model1 = new Model1();
  this.model2 = new Model2();
}

// 使用时
var obj = new Final();
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上述代码中我们最终使用的是Final,但是Final里面的结构比较复杂,有很多个子模块,Final就是将这些子模块组合起来完成功能,这种需要精细化构造的就适用于建造者模式。

实例:编辑器插件

假设我们有这样一个需求:

写一个编辑器插件,初始化的时候需要配置大量参数,而且内部的功能很多很复杂,可以改变字体颜色和大小,也可以前进后退。

一般一个页面就只有一个编辑器,而且里面的功能可能很复杂,可能需要调整颜色,字体等。也就是说这个插件内部可能还会调用其他类,然后将他们组合起来实现功能,这就适合建造者模式。我们来分析下做这样一个编辑器需要哪些模块:

  1. 编辑器本身肯定需要一个类,是给外部调用的接口
  2. 需要一个控制参数初始化和页面渲染的类
  3. 需要一个控制字体的类
  4. 需要一个状态管理的类
// 编辑器本身,对外暴露
function Editor() {
  // 编辑器里面就是将各个模块组合起来实现功能
  this.initer = new HtmlInit();
  this.fontController = new FontController();
  this.stateController = new StateController(this.fontController);
}

// 初始化参数,渲染页面
function HtmlInit() {
  
}
HtmlInit.prototype.initStyle = function() {}     // 初始化样式
HtmlInit.prototype.renderDom = function() {}     // 渲染DOM

// 字体控制器
function FontController() {
  
}
FontController.prototype.changeFontColor = function() {}    // 改变字体颜色
FontController.prototype.changeFontSize = function() {}     // 改变字体大小

// 状态控制器
function StateController(fontController) {
  this.states = [];       // 一个数组,存储所有状态
  this.currentState = 0;  // 一个指针,指向当前状态
  this.fontController = fontController;    // 将字体管理器注入,便于改变状态的时候改变字体
}
StateController.prototype.saveState = function() {}     // 保存状态
StateController.prototype.backState = function() {}     // 后退状态
StateController.prototype.forwardState = function() {}     // 前进状态
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上面的代码其实就将一个编辑器插件的架子搭起来了,具体实现功能就是往这些方法里面填入具体的内容就行了,其实就是各个模块的相互调用,比如我们要实现后退状态的功能就可以这样写:

StateController.prototype.backState = function() {
  var state = this.states[this.currentState - 1];  // 取出上一个状态
  this.fontController.changeFontColor(state.color);  // 改回上次颜色
  this.fontController.changeFontSize(state.size);    // 改回上次大小
}
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单例模式

单例模式适用于全局只能有一个实例对象的场景,单例模式的一般结构如下:

function Singleton() {}

Singleton.getInstance = function() {
  if(this.instance) {
    return this.instance;
  }
  
  this.instance = new Singleton();
  return this.instance;
}
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上述代码中,Singleton类挂载了一个静态方法getInstance,如果要获取实例对象只能通过这个方法拿,这个方法会检测是不是有现存的实例对象,如果有就返回,没有就新建一个。

实例:全局数据存储对象

假如我们现在有这样一个需求:

我们需要对一个全局的数据对象进行管理,这个对象只能有一个,如果有多个会导致数据不同步。

这个需求要求全局只有一个数据存储对象,是典型的适合单例模式的场景,我们可以直接套用上面的代码模板,但是上面的代码模板获取instance必须要调getInstance才行,要是某个使用者直接调了Singleton()或者new Singleton()就会出问题,这次我们换一种写法,让他能够兼容Singleton()new Singleton(),使用起来更加傻瓜化:

function store() {
  if(store.instance) {
    return store.instance;
  }
  
  store.instance = this;
}
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上述代码支持使用new store()的方式调用,我们使用了一个静态变量instance来记录是否有进行过实例化,如果实例化了就返回这个实例,如果没有实例化说明是第一次调用,那就把this赋给这个这个静态变量,因为是使用new调用,这时候的this指向的就是实例化出来的对象,并且最后会隐式的返回this

如果我们还想支持store()直接调用,我们可以用前面工厂模式用过的方法,检测this是不是当前类的实例,如果不是就帮他用new调用就行了:

function store() {
  // 加一个instanceof检测
  if(!(this instanceof store)) {
    return new store();
  }
  
  // 下面跟前面一样的
  if(store.instance) {
    return store.instance;
  }
  
  store.instance = this;
}
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然后我们用两种方式调用来检测下:

image-20200521154322364

实例:vue-router

vue-router其实也用到了单例模式,因为如果一个页面有多个路由对象,可能造成状态的冲突,vue-router的单例实现方式又有点不一样,下列代码来自vue-router源码

let _Vue;

function install(Vue) {
  if (install.installed && _Vue === Vue) return;
  install.installed = true

  _Vue = Vue
}
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每次我们调用vue.use(vueRouter)的时候其实都会去执行vue-router模块的install方法,如果用户不小心多次调用了vue.use(vueRouter)就会造成install的多次执行,从而产生不对的结果。vue-routerinstall在第一次执行时,将installed属性写成了true,并且记录了当前的Vue,这样后面在同一个Vue里面再次执行install就会直接return了,这也是一种单例模式。

可以看到我们这里三种代码都是单例模式,他们虽然形式不一样,但是核心思想都是一样的,都是用一个变量来标记代码是否已经执行过了,如果执行过了就返回上次的执行结果,这样就保证了多次调用也会拿到一样的结果。

原型模式

原型模式最典型的应用就是JS本身啊,JS的原型链就是原型模式。JS中可以使用Object.create指定一个对象作为原型来创建对象:

const obj = {
  x: 1,
  func: () => {}
}

// 以obj为原型创建一个新对象
const newObj = Object.create(obj);

console.log(newObj.__proto__ === obj);    // true
console.log(newObj.x);    // 1
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上述代码我们将obj作为原型,然后用Object.create创建的新对象都会拥有这个对象上的属性和方法,这其实就算是一种原型模式。还有JS的面向对象其实更加是这种模式的体现,比如JS的继承可以这样写:

function Parent() {
  this.parentAge = 50;
}
function Child() {}

Child.prototype = new Parent();
Child.prototype.constructor = Child;      // 注意重置constructor

const obj = new Child();
console.log(obj.parentAge);    // 50
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这里的继承其实就是让子类Child.prototype.__proto__的指向父类的prototype,从而获取父类的方法和属性。JS中面向对象的内容较多,我这里不展开了,有一篇文章专门讲这个问题

总结

  1. 很多用起来顺手的开源库都有良好的封装,封装可以将内部环境和外部环境隔离,外部用起来更顺手。
  2. 针对不同的场景可以有不同的封装方案。
  3. 需要大量产生类似实例的组件可以考虑用工厂模式来封装。
  4. 内部逻辑较复杂,外部使用时需要的实例也不多,可以考虑用建造者模式来封装。
  5. 全局只能有一个实例的需要用单例模式来封装。
  6. 新老对象之间可能有继承关系的可以考虑用原型模式来封装,JS本身就是一个典型的原型模式。
  7. 使用设计模式时不要生搬硬套代码模板,更重要的是掌握思想,同一个模式在不同的场景可以有不同的实现方案。

本文是设计模式的第一篇文章,后面还有三篇文章,欢迎阅读:

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本文主要素材来自于网易高级前端开发工程师微专业唐磊老师的设计模式视频课程,网易这个课程还是不错,给大家推荐下。

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